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什么是OpenStack？

本文详细介绍了Openstack的网络原理和实现，主要内容包括：Neutron的网络架构及网络模型还有neutron虚拟化的实现和对二三层网桥的理解。

一、Neutron概述

Neutron是一个用Python写的分布式软件项目，用来实现OpenStack中的虚拟网络服务，实现软件定义网络。Neutron北向有自己的REST API，中间有自己的业务逻辑层，有自己的DB和进程之间通讯的消息机制。同时Neutron常见的进程包括Neutron-server和Neutron-agent，分布式部署在不同的操作系统。

OpenStack发展至今，已经经历了20个版本。虽然版本一直在更替，发展的项目也越来越多，但是Neutron作为OpenStack三大核心之一，它的地位是不会动摇的。只不过当初的Neutron也只是Nova项目的一个模块而已，到F版本正式从中剥离，成为一个正式的项目。

从Nova-Network起步，经过Quantum，多年的积累Neutron在网络各个方面都取得了长足的发展。其主要的功能为：

（1）支持多租户隔离

（2）支持多种网络类型同时使用

（3）支持隧道技术（VXLAN、GRE）

（4）支持路由转发、SNAT、DNAT技术

（5）支持Floating IP和安全组

多平面租户私有网络

图中同时有VXLAN和VLAN两种网络，两种网络之间互相隔离。租户A和B各自独占一个网络，并且通过自己的路由器连接到了外部网络。路由器为租户的每个虚拟机提供了Float IP，完成vm和外网之间的互相访问。

二、Neutron架构及网络模型

1、Neutron架构

Neutron-sever可以理解为类似于nova-api那样的一个专门用来接收API调用的组件，负责将不同的api发送到不同Neutron plugin。

Neutron-plugin可以理解为不同网络功能实现的入口，接收server发来的API，向database完成一些注册信息。然后将具体要执行的业务操作和参数通知给对应的agent来执行。

Agent就是plugin在设备上的代理，接受相应的plugin通知的业务操作和参数，并转换为具体的命令行操作。

总得来说，server负责交互接收请求，plugin操作数据库，agent负责具体的网络创建。

2、Neutron架构之Neutron-Server

（1）Neutron-server的本质是一个Python Web Server Gateway Interface（WSGI），是一个Web框架。

（2）Neutron-server接收两种请求：

REST API请求：接收REST API请求，并将REST API分发到对应的Plugin（L3RouterPlugin）。

RPC请求：接收Plugin agent请求，分发到对应的Plugin（NeutronL3agent）。

3、Neutron架构之Neutron-Plugin

Neutron-plugin分为Core-plugin和Service-plugin。

Core-plugin：ML2负责管理二层网络，ML2主要包括Network、Subnet、Port三类核心资源，对三类资源进行操作的REST API是原生支持的。

Service-plugin：实现L3-L7网络，包括Router、Firewall、VPN。

4、Neutron架构之Neutron-Agent

（1）Neutron-agent配置的业务对象是部署在每一个网络节点或者计算节点的网元。

（2）网元区分为PNF和VNF：

PNF：物理网络功能，指传统的路由器、交换机等硬件设备

VNF：虚拟网络功能，通过软件实现的网络功能（二层交换、三层路由等）

（3）Neutron-agent三层架构如下图：

Neutron-agent架构分为三层，北向为Neutron-server提供RPC接口，供Neutron server调用，南向通过CLI协议栈对Neutron VNF进行配置。在中间会进行两种模型的转换，从RPC模型转换为CLI模型。

5、Neutron架构之通信原理

（1）Neutron是OpenStack的核心组件，官网给出Neutron的定义是NaaS。

（2）Naas有两层含义：

对外接口：Neutron为Network等网络资源提供了RESTful API、CLI、GUI等模型。

内部实现：利用Linux原生或者开源的虚拟网络功能，加上硬件网络，构建网络。

Neutron接收到API请求后，交由模块WSGI进行初步的处理，然后这个模块通过Python API调用neutron的Plugin。Plugin做了相应的处理后，通过RPC调用Neutron的Agent组件，agent再通过某种协议对虚拟网络功能进行配置。其中承载RPC通信的是AMQP server，在部署中常用的开源软件就是RabbitMQ

6、Neutron架构之控制节点网络模型

控制节点没有实现具体的网络功能，它对各种虚拟设备做管理配合的工作。

（1）Neutron：Neutron-server核心组件。

（2）API/CLI：Neutron进程通过API/CLI接口接收请求。

（3）OVS Agent：Neutron通过RPC协议与agent通信。

控制节点部署着各种服务和Neutron-server，Neutron-server通过api/cli接口接收请求信息，通过RPC和Agent进行交互。Agent再调用ovs/linuxbridge等网络设备创建网络。

7、Neutron架构之计算节点网络模型

（1）qbr：Linux Bridge网桥

（2）br-int：OVS网桥

（3）br-tun：OVS隧道网桥

（4）VXLAN封装：网络类型的转变

8、Neutron架构之网络节点网络模型

网络节点部署了Router、DHCP Server服务，网桥连接物理网卡。

（1）Router：路由转发

（2）DHCP： 提供DNS、DHCP等服务。

（3）br-ex： 连接物理网口，连接外网

三、Neutron虚拟化实现功能及设备介绍

1、Neutron虚拟化实现功能

Neutron提供的网络虚拟化能力包括：

（1）二层到七层网络的虚拟化：L2（virtual Switch）、L3（virtual Router 和 LB）、L47（virtual Firewall ）等

（2）网络连通性：二层网络和三层网络

（3）租户隔离性

（4）网络安全性

（5）网络拓展性

（6）REST API

（7）更高级的服务，包括 LBaaS，FWaaS，VPNaaS 等

2、Neutron虚拟化功能之二层网络

（1）按照用户权限创建网络：

Provider network：管理员创建，映射租户网络到物理网络

Tenant network：租户创建的普通网络

External network：物理网络

（2）按照网络类型：

Flat network：所有租户网络在一个网络中

Local network：只允许在服务器内通信，不通外网

VLAN network：基于物理VLAN实现的虚拟网络

VXLAN network：基于VXLAN实现的虚拟网络

3、Neutron虚拟化实现功能之租户隔离

Neutron是一个支持多租户的系统，所以租户隔离是Neutron必须要支持的特性。

（1）租户隔离三种含义：管理面隔离、数据面的隔离、故障面的隔离。

（2）不同层次租户网络的隔离性

租户与租户之间三层隔离

同一租户不同网络之间二层隔离

同一租户同一网络不同子网二层隔离

（3）计算节点的 br-int 上，Neutron 为每个虚机连接 OVS 的 access port 分配了内部的 VLAN Tag。这种 Tag 限制了网络流量只能在 Tenant Network 之内。

（4）计算节点的 br-tun 上，Neutron 将内部的 VLAN Tag 转化为 VXLAN Tunnel ID，然后转发到网络节点。

（5）网络节点的 br-tun 上，Neutron 将 VXLAN Tunnel ID 转发了一一对应的 内部 VLAN Tag，使得 网络流被不同的服务处理。

（6）网络节点的 br-int 上连接的 DHCP 和 L3 agent 使用 Linux Network Namespace 进行隔离。

4、Neutron虚拟化实现功能之租户网络安全

除了租户隔离以外 Neutron还提供数据网络与外部网络的隔离性。

（1）默认情况下，所有虚拟机通过外网的流量全部走网络节点的L3 agent。在这里，内部的固定IP被转化为外部的浮动IP地址

（1）Neutron还利用Linux iptables特性，实现其Security Group特性，从而保证访问虚机的安全性

（3）Neutron利用网络控制节点上的Network Namespace中的iptables，实现了进出租户网络的网络防火墙，从而保证了进出租户网络的安全性。

5、Neutron虚拟化设备

（1）端口：Port代表虚拟网络交换机上的一个虚拟交换机端口

虚拟机的网卡连接到Port上就会拥有MAC地址和IP地址

（2）虚拟交换机：Neutron默认采用开源的Openvswitch，

同时还支持Linux Bridge

（3）虚拟路由器VR：

路由功能

一个VR只属于一个租户，租户可以有多个VR

一个VR可以有若干个子网

VR之间采用Namespace隔离

四、Neutron网桥及二三层网络理解

1、Neutron-Local-Bridge

仅用于测试；网桥没有与物理网卡相连VM不通外网。

图中创建了两个local network，分别有其对应的qbr网桥。Vm123的虚拟网卡通过tap连接到qbr网桥上。其中2和3属于同一个network可以通信，1属于另一个网络不能和23进行通信。并且qbr网桥不连物理网卡，所以说local网络虚拟机只能同网络通信，不能连通外网。

2、Neutron-Flat-Bridge

Linux Bridge直接与物联网卡相连

每个Flat独占一个物理网卡

配置文件添加响应mapping

Flat网络是在local网络的基础上实现不同宿主机之间的二层互联，但是每个flat network都会占用一个宿主机的物理接口。其中qbr1对应的flatnetwork 连接 eth1 qbr2，两个网络的虚机在物理二层可以互联。其它跟local network类似。

3、Neutron-VLAN-Bridge

在基于linux bridge的vlan网络中，eht1物理网卡上创建了两个vlan接口，1.1连接到qbr1网桥，1.2连接到了qbr2网桥。在这种情况下vm通过eth1.1或者eth1.2发送到eth1的包会被打上各自的vlan id。此时vm2和vm3属于同一个network所以是互通的，vm与vm2和vm3不通。

4、Neutron-VXLAN-Bridge

这个是以Linux bridge作agent的Vxlan网络：

Vxlan网络比Vxlan网络多了个VXLAN隧道，在Openstack中创建好内部网络和实例后，agent就会在计算节点和网络节点创建一对vxlan vtep.组成隧道的两个端点。

Vxlan连接在eth0网口。在网络节点多了两个组件dhcp 和router，他们分别通过一对veth与qbr网桥连接在一起，多个dhcp和路由之间使用namesapce隔离，当vm产生ping包时，发往linux 网桥qbr1，通过网桥在vxlan12上封装数据包，数据通过eth0网卡出计算节点到网络节点的eth0，在vxlan12解包。到达路由器之后经过nat地址转换，从eth1出去访问外网，由租户网络到运营商网络再到外部网络。

5、Neutron-VLAN-OVS

与Linux bridge不同，openvswitch 不是通过eth1.1 eth1.2这样的vlan接口来隔离不同的vlan，而是通过openvswitch的流表规则来指定如何对进出br-int的数据进行转发，实现不同vlan的隔离。

图中计算节点的所有虚拟机都连接在int网桥上，虚拟机分为两个网络。Int网桥会对到来的数据包根据network的不同打上vlan id号，然后转发到eth网桥,eth网桥直连物理网络。这时候流量就从计算节点到了网络节点。

网络节点的ehx int网桥的功能相似，多了一个ex网桥，这个网桥是管理提前创建好的，和物理网卡相连，ex网桥和int网桥之间通过一对patch-port相连，虚拟机的流量到达int网桥后经过路由到ex网桥。

6、Neutron-VXLAN-OVS

Vxlan的模型和vlan的模型十分相似，从表面上来看，他俩相比只有一个不同,vlan对应的是ethx网桥，而vxlan对应的是tun网桥。

在这里ethx和tun都是ovs网桥，所以说两者的差别不是实现组件的差别而是组件所执行功能的差别，ethx执行的是普通二层交换机的功能，tun执行的是vxlan中的vtep的功能，图中俩tun对应的接口ip就是vxlan的隧道终结点ip。所以说虚机的数据包在到达tun网桥之前是打的是vlan tag，而到达tun之后会发生网络类型的转换，从vlan封装为vxlan然后到达网络节点。而之前的vlan类型的网络，虚机数据包的类型一直都是vlan。

7、物理的二层与虚拟的二层（VLAN模式)

（1）物理的二层指的是：物理网络是二层网络，基于以太网协议的广播方式进行通信。

（2）虚拟的二层指的是：Neutron实现的虚拟网络也是二层网络（openstack的vm机所用的网络必须是大二层），也是基于以太网协议的广播方式进行通信，但毫无疑问的是该虚拟网络是依赖于物理的二层网络。

（3）物理二层+虚拟二层的典型代表：VLAN网络模式。

8、物理的三层与虚拟的二层（GRE模式与VXLAN模式）

（1）物理三层指的是：物理网络是三层网络，基于IP路由的方式进行通信。

（2）虚拟的二层指的是：Neutron实现的虚拟网络仍然是二层网络（openstack的vm机所用的网络必须是大二层），仍然是基于以太网的广播方式进行通信，但毫无疑问的是该虚拟机网络是依赖于物理的三层网络，这点有点类似于VPN的概念，根本原理就是将私网的包封装起来，最终打上隧道的ip地址传输。

（3）物理三层+虚拟二层的典型代表：GRE模式与VXLAN模式。

openmeup,tellmeyoulikeme是哪首歌

《didyouknowthatthere'satunnelunderoceanblvd》。openmeup，tellmeyoulikeme出自歌词“When'sitgonnabemyturn，openmeuptellmeyoulikeme”中，是歌曲《didyouknowthatthere'satunnelunderoceanblvd》。该歌曲是由歌手LanaDelRey演唱，在2022年12月07日发行的歌曲，在酷狗音乐搜索可以进行收听该歌曲。酷狗音乐是中国极具技术创新基因的数字音乐交互服务提供商。

opentunnel怎么用

1、打开手机设置，选择iTunesStore与Appstore。

2、这里需要退出登录你的苹果账号，切换到美国账号才能继续下载。

3、下方提供一个美国Apple账号，以下账号若无法使用，请自行某东、某宝或者自行注册。登录好以后打开AppStore，在搜索框输入OpenTunnel点击后面的下载。

4、下载好以后返回第二步把所提供的美国ID退出，登录上自己所用的ID。

5、充值流量。

6、访问用户中心，线路安装，必须使用苹果自带的Safari浏览器才能正常下载。

7、线路安装并导入。

8、开始使用。

如何用 openwrt 6in4 tunnelbroker

1.内核模块/软件安装

opkg update opkg install ip kmod-ipv6 kmod-iptunnel4 6in4 radvd

2.注册tunnelbroker账户并

在 注册一下。然后就可以新建一个隧道，我选择的是香港的节点。本地IP地址可以先随便填一个，之后会有脚本可以更新的。

新建一个隧道后我们可以看到有如下信息

Tunnel ID: xxxxx Delete Tunnel

Creation Date:Feb 3, 2012

Description:

IPv6 Tunnel Endpoints

Server IPv4 Address:216.218.221.6

Server IPv6 Address:2001:470:18:exx3::1/64

Client IPv4 Address:158.1xx.82.99

Client IPv6 Address:2001:470:18:exx3::2/64

Available DNS Resolvers

Anycasted IPv6 Caching Nameserver:2001:470:20::2

Anycasted IPv4 Caching Nameserver:74.82.42.42

Routed IPv6 Prefixes

Routed /64: 2001:470:19:exx3::/64

Routed /48: Assign /48

3.配置6in4 使得路由器可以和tunnelbroker.net建立一个隧道。

/etc/config/network里添加一段

config interface henet

option proto 6in4

option peeraddr 216.218.221.6

option ip6addr 2001:470:18:exx3::2/64 #本地接口的V6地址

option tunnelid YOUR_TID

option username USERNAME_MD5

option password PSSWORD_MD5

option dns 2001:470:20::2

并且需要在/etc/config/network的lan配置段添加一行配置，为设置本地V6的段。

config 'interface' 'lan'

option 'type' 'bridge'

option 'ifname' 'eth1'

option 'proto' 'static'

option 'ipaddr' '192.168.1.1'

option 'netmask' '255.255.255.0'

option 'nat' '1'

option ip6addr 2001:470:19:exx3::1/64

#这个是tunnelbroker分给我们的一个V6段，可以自己分配里面的V6 IP。

#注意如果你的本地隧道V6地址是 2001:470:18:exx3::2/64，则“Routed IPv6 Prefixes”

#一般是 2001:470:(18+1):exx3::1/64

3.修改防火墙策略

/etc/config/firewall里面直接加一段规则

config 'rule'

option 'src' 'wan'

option 'target' 'ACCEPT'

option 'proto' '41'

然后再修改wan zong里的

config 'zone'

option 'name' 'wan'

option 'network' 'wan henet' #红色为添加

option 'input' 'REJECT'

option 'output' 'ACCEPT'

option 'forward' 'REJECT'

option 'masq' '1'

option 'mtu_fix' '1'

4.自动更新IP脚本

因为tunnelbroker的接口改变了，所以现在6in4不能直接更新掉自己的IP。需要从新安装一下支持https的wget。

#!/bin/ash

sleep 60 #等拨号成功后再执行以下

wget -q -O -tid=YOUR_TID \

--no-check-certificate /dev/null

把上面这个脚本保存起来放到/etc/rc.local里即可，这样开机后自动运行一下。如果担心路由器运行的时候意外掉线，那么也可以再在crontab里添加一下，定时更新一下IP。

不出意外的话重新系统就可以自动建立好隧道并获取到V6的地址了。

5.配置radvd

cat /etc/config/radvd

nterface

option interface 'lan'

option AdvSendAdvert 1

list client ''

option ignore 0

config prefix

option interface 'lan'

list prefix '2001:470:19:exx3::/64'

option AdvOnLink 1

option AdvAutonomous 1

option AdvRouterAddr 1

option ignore 0

配置文件改好后

/etc/init.d/radvd enable

/etc/init.d/radvd restart

这样使用电脑连上无线后就可以自动获取到V6的地址，并能直接浏览V6的网站。

openstack neutron网络介绍

由于网络部分出现了许多得新名词。将从整体到分部细致讲解。

来源于网络得一张图

如图所示，连成了一条线。重要得如何实现互联，接下来以表象论证这张图。

最好将图放在一边，边看边对照图。

这里先介绍从虚拟机访问外网。端口A开始：

表现出来就是虚拟机有张网卡A。

查询此虚拟机得子网ip为 10.1.1.5，以及所在节点，记住这个节点。

通过子网ip查询到端口id为 b65c1085-a971-4333-82dc-57012e9be490

记住这个id

图中A与B互联，意味着A与B一定具有某种映射关系。

若没有此命令则安装： yum install -y bridge-utils

可以看到这个id对应的tap设备！

veth pair是什么？后面再介绍。

由图可知，端口B(qvbXXX)和端口C(tapXXX)在同一个linux网桥上。它们俩互通了。

端口D在ovs网桥上。C和D的互联是veth pair的特性。

由图可以看出，qvoXXX在ovs网桥上，qvb在linux网桥上。它们之间的互联是veth pair的特性，它们就像一根导线的两端。

ovs查询命令：

这里可以看到3种网桥: br-int、br-tun、br-ex。这里有个印象就好。

仔细的查看一下，可以看到qvoXXX在br-int网桥上。

至此D端口也找到了

E、F端口通过ovs网桥自身连接。

ovs-vsctl show 可以看到两个patch类型的端口，用于连接br-int和br-tun。类似于veth pair。

ovs-vsctl show 可以在br-tun网桥上看到vxlan类型的端口，并注明本地ip和remote ip，通过此类型端口，将不同的物理环境互联，对于上层好似就一个网桥。再者br-tun网桥还与br-int互联，这意味，对于再上一层的应用，似乎只有一个br-int。

和【E】【F】相同。

此时携带源ip为子网的流量到达M端口，而L端口得网段为外网网段，因此M网段的流量此时无法直接进入L端口。借助router（网络命名空间），使用iptables，将M端口流量的源ip转换为外网网段。此时流量可进入L端口从而访问外网。（M与N之间连通性非网络对实现，而是ovs tap设备实现。网络对的一个明显特征为 ip a 可以看到@符号连接两个端口）

找到虚拟机所在租户的路由id

本机为 894699dc-bc60-4b5e-b471-e95afa20f1d7

根据路由id找到网络命名空间

在所有节点上执行如下命令，找到对应id的qrouter

ip netns

本环境为：qrouter-894699dc-bc60-4b5e-b471-e95afa20f1d7

在此网络命名空间的节点上执行（如下命令意义为进入网络命名空间）：

此时已进入网络命名空间。

查看ip

可以看到qg和qr开头的网卡名称。qg为弹性ip地址组，qr为子网网关。此时在虚拟机所在节点上查询ovs网桥，可以在br-int看到与此同名的qg和qr端口。

由于是源地址转换，因此先路由再转换源ip(iptables规则)。

查看路由规则：

route -n

第一条可以看到外网的网关，通过qg网卡发送，规则正好匹配。

选好路由规则之后，进行更改源ip。

可以看到 neutron-l3-agent-float-snat(配置了弹性ip才会出现)、neutron-l3-agent-snat。因为neutron-l3-agent-float-snat优先级高于neutron-l3-agent-snat，如果没有配置弹性ip，则会将源ip改为该路由的外网ip；如果配置了弹性ip则会将源ip改为弹性ip。

总的来说，流量从qr出去绕了一圈（网络命名空间）改变了源ip又从qg进入，然后通过ovs patch进入br-ex。

br-ex如何与外网连接的呢？进入网络节点查看ovs网桥：

可以看到 br-ex与em3网卡互联。因此流量直接走em3出去。还记得你这张网卡是干嘛的吗？是那张不配置ip的物理网卡！

通过iptables的prerouting可以看出，在进入之前修改了目的弹性ip为子网ip，后经路由转发。另，网络命名空间可以通过arp发现子网ip与mac地址的对应关系。

lbaas，负载均衡

dhcp，dhcp服务。

通过前面说的br-tun 实现。如果没有单独划分网络，则使用管理网网段。若单独配置了tunnel网络，则br-tun里的网络使用tunnel网络。

br-tun 里定义了vxlan，并且指定了 local_ip、remote_ip。根据这两个ip以及路由信息，可以确定 br-tun 通过哪张网卡与外部通信。也是因此可以为tunnel配置专用网卡。

都是通过iptables实现。

防火墙：qrouter网络命名空间中得iptables实现。

安全组：虚拟机所在得宿主机得iptables实现。

可以看到防火墙规则。

可以看到对应端口id得安全组规则。

已经知道了qrouter 利用nat表实现弹性ip与子网ip之间的映射，但是如何从外部访问到qg网卡的？

这里做了一个简单的模拟操作:

dnsmasq 实现。

kolla-ansible 的dnsmasq日志相对路径参考：neutron/dnsmasq.log(可通过dnsmasq.conf 找到日志路径)

日志中可以看到dhcp的详细过程。过程参考如下：

文档参考：

dhcp也通过网络命名空间实现，名称由网络id决定。dhcp可以拥有多个，通过neutron.conf 中 dhcp_agents_per_network 决定。

另：centos7虚拟机中的 /var/log/messages 也记录了dhcp相关操作。

network qos 可以理解为网络流量限制，官方名称：网络质量即服务

本环境通过openvswitch实现的qos。

如上图为设置的 带宽限制规则。

根据端口号查看流表，命令参考：

上图标记的104就为dscp mark 乘 4 的结果，乘4是一种规范。